0 引言

    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)在企業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)基本普及，CAX技術(shù)在某軍工企業(yè)技術(shù)中心和中小型機(jī)械制造企業(yè)用得如火如茶，改變了傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法和流程。但是，大部分計(jì)算機(jī)輔助工具產(chǎn)生的數(shù)據(jù)涉及產(chǎn)品的不同方面，各系統(tǒng)相互獨(dú)立，缺乏有效的溝通和管理，無(wú)法進(jìn)行信息共享和傳遞，于是形成了所謂的“信息化孤島”。部分企業(yè)甚至仍然通過(guò)書(shū)面文件、電話等方式進(jìn)行日常的工作，無(wú)法及時(shí)收集設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中的反饋信息，不能實(shí)時(shí)跟蹤整個(gè)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)進(jìn)展情況。另外，企業(yè)還存在著文檔管理方式比較陳舊，版本管理混亂，安全保密無(wú)法得到保障等一系列問(wèn)題。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(produce data management，PDM)是解決上述問(wèn)題的主要手段，國(guó)內(nèi)外已有一些成熟產(chǎn)品，如PTC的Windchill，NX的Teamcenter等，這些產(chǎn)品功能強(qiáng)大，操作復(fù)雜，費(fèi)用昂貴，中小型制造企業(yè)及軍工企業(yè)技術(shù)中心采用后費(fèi)效比極差，國(guó)內(nèi)也開(kāi)展了一些初步的研究，但在文檔的審閱、安全等方面考慮不周，適應(yīng)性不強(qiáng)。筆者根據(jù)中小型制造企業(yè)設(shè)計(jì)部門(mén)的管理、開(kāi)發(fā)流程、現(xiàn)有設(shè)備和信息化現(xiàn)狀，利用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和CAX技術(shù)開(kāi)發(fā)一套面向設(shè)計(jì)部門(mén)的PDM系統(tǒng)，以解決信息共享、傳遞和安全等問(wèn)題。

1 總體設(shè)計(jì)

    傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法和流程如圖1。

    圖1 機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)方式

    PDM系統(tǒng)作為一個(gè)服務(wù)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)的信息溝通平臺(tái)，主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程統(tǒng)一管理和設(shè)計(jì)信息的有效集成。首先構(gòu)建產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)字化集成平臺(tái)，該平臺(tái)不僅要滿足單項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的需求，如設(shè)計(jì)過(guò)程等，而且要滿足不同設(shè)計(jì)小組之間信息有效溝通和業(yè)務(wù)流程協(xié)同管理的需求。PDM系統(tǒng)的設(shè)計(jì)緊緊圍繞研究目標(biāo)，遵循以下原則進(jìn)行實(shí)現(xiàn)：1)通用性：建立通用的體系構(gòu)架，使其可柔性化定制，滿足用戶應(yīng)用需求；2)集成性：PDM系統(tǒng)中各應(yīng)用系統(tǒng)之間應(yīng)進(jìn)行信息和業(yè)務(wù)流程的高度集成，確保系統(tǒng)的整體性；3)穩(wěn)定性：確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性、有效性和健壯性；4)松耦合性：在不影響集成度的前提下，降低各系統(tǒng)之間耦合度；5)可擴(kuò)展性：具有充分的柔性和拓展性；6)易用性：用戶的使用習(xí)慣，降低操作難度。

    由于中小型機(jī)械制造企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與管理涉及面廣，各個(gè)層面的應(yīng)用對(duì)象對(duì)軟件系統(tǒng)的功能要求也相對(duì)比較獨(dú)立，在系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)圖2中，系統(tǒng)分為了6個(gè)層次，分別為客戶端、Web應(yīng)用層、系統(tǒng)接口層、系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯組件層、數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)層以及數(shù)據(jù)庫(kù)層。其中系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯組件層是核心層，也是PDM系統(tǒng)的主要功能組件。

    圖2 PDM系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

2 文檔審閱、安全機(jī)制和產(chǎn)品數(shù)據(jù)建模

    2.1 文檔的瀏覽與批注

    在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，每天產(chǎn)生大量的各種格式的文檔信息，如*.doc、*.dwg、*.bmp、*.xls等等。其中一部分的產(chǎn)品信息都需要經(jīng)過(guò)審批后，才能發(fā)放給使用人員。檢驗(yàn)和發(fā)放是整個(gè)企業(yè)質(zhì)量管理的重要組成部分，只有經(jīng)過(guò)審批和發(fā)放許可的產(chǎn)品信息才能保證在使用過(guò)程中不會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。在PDM系統(tǒng)中瀏覽圖紙文檔通常有2種方法：一是根據(jù)不同文檔類(lèi)型選用相應(yīng)的閱讀器瀏覽；二是用通用的瀏覽工具閱讀文檔。為了使系統(tǒng)在瀏覽的同時(shí)能進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐�注。系統(tǒng)采用Windows客戶端插入AutoVue控件，嵌入到DocumentForm窗體中，即可保證原始文檔的完整性和安全性，又可不調(diào)入外部應(yīng)用環(huán)境直接進(jìn)行各種類(lèi)型的文檔瀏覽、批注、查找、測(cè)量和對(duì)比等功能。

    2.2 加密、解密和安全機(jī)制

    1)加密。

    信息給企業(yè)帶來(lái)大量好處的同時(shí)也給企業(yè)帶來(lái)各種危機(jī)，如信息的一大優(yōu)勢(shì)是可以重復(fù)利用和共享，但是一旦信息被不該共享的人員所獲得，可能直接導(dǎo)致企業(yè)破產(chǎn)。因此信息的安全性是企業(yè)生死攸關(guān)的大問(wèn)題。信息在PDM系統(tǒng)中是以數(shù)據(jù)的形式表達(dá)的，而文檔是數(shù)據(jù)的載體。PDM系統(tǒng)在將文檔提交到服務(wù)器時(shí)，服務(wù)器端的Web服務(wù)程序調(diào)用加密算法程序，自動(dòng)進(jìn)行128位加密操作，形成擴(kuò)展名“.ex”文檔后，存入電子倉(cāng)庫(kù)和數(shù)據(jù)庫(kù)中。

    2)解密。

    調(diào)用文檔時(shí)，通過(guò)客戶機(jī)端的瀏覽請(qǐng)求下載到本地計(jì)算機(jī)。開(kāi)發(fā)圖檔瀏覽功能模塊PDM Toolkit具有解密功能。當(dāng)打開(kāi)圖檔文件時(shí)，自動(dòng)登錄服務(wù)器進(jìn)行身份驗(yàn)證、網(wǎng)卡物理地址驗(yàn)證和本地IP地址驗(yàn)證。如果通過(guò)驗(yàn)證，則調(diào)用服務(wù)器端提供的文件解密Web服務(wù)，將加密文件進(jìn)行解密。

    3)安全機(jī)制。

    在服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)建立網(wǎng)絡(luò)適配器物理地址和計(jì)算機(jī)IP地址表，進(jìn)行訪問(wèn)控制。系統(tǒng)管理員給PDM系統(tǒng)設(shè)置安全模式及權(quán)限。若為高級(jí)安全模式，則客戶端瀏覽請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器端程序進(jìn)行身份驗(yàn)證和網(wǎng)卡物理地址驗(yàn)證；若為普通安全模式，則客戶機(jī)端瀏覽請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器端程序進(jìn)行身份驗(yàn)證和本地IP地址驗(yàn)證；在低級(jí)安全模式下則只需進(jìn)行身份驗(yàn)證。

    2.3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)模型

    一組相關(guān)零件按照特定的裝配關(guān)系組裝起來(lái)即構(gòu)成部件，一系列的零件和部件有機(jī)地裝配在一起則構(gòu)成產(chǎn)品，因此一般產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型采用分層樹(shù)狀結(jié)構(gòu)一一產(chǎn)品結(jié)構(gòu)（樹(shù)），這是概念層次上的模型。在實(shí)際應(yīng)用中，零部件的開(kāi)發(fā)是一個(gè)反復(fù)迭代和逐步求精的過(guò)程，會(huì)產(chǎn)生許多版本形式，需要在結(jié)構(gòu)樹(shù)中體現(xiàn)，而且版本與版本之間的關(guān)系也需要明確表達(dá)，并以最終產(chǎn)品或部件的形式表示結(jié)構(gòu)樹(shù)，因此，需要進(jìn)行擴(kuò)展，如圖3所示。在趁此結(jié)構(gòu)樹(shù)的基礎(chǔ)上，形成了拓展數(shù)據(jù)模型，該數(shù)據(jù)模型描述了：1)產(chǎn)品或部件的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系；2)不同版本對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)；3)零部件版本與文檔版本間的關(guān)聯(lián)性；4)產(chǎn)品的相關(guān)屬性。

    圖3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展數(shù)據(jù)模型

3 功能模塊的建模與設(shè)計(jì)

    PDM系統(tǒng)從應(yīng)用角度分為組織管理、日程管理、項(xiàng)目管理、文檔管理、郵件管理、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與配置管理和系統(tǒng)管理等，各個(gè)模塊間交錯(cuò)相連，其依賴關(guān)系（如圖4所示）。本系統(tǒng)采用面向?qū)ο蠓椒ǖ慕y(tǒng)一建模語(yǔ)言UML進(jìn)行建模。UML是系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員之間、開(kāi)發(fā)人員與用戶之間交流的一種語(yǔ)言工具，提供了9種不同的、語(yǔ)義豐富的、彼此關(guān)聯(lián)的圖，通過(guò)這些圖可以從多個(gè)視圖展示系統(tǒng)，從不同層次和不同角度對(duì)軟件系統(tǒng)從系統(tǒng)分析到設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)提供了有力支持，如系統(tǒng)用例圖如5所示。

    圖4 系統(tǒng)各功能模塊間的依賴關(guān)系

    圖5 PDM系統(tǒng)用例圖

    3.1 項(xiàng)目管理

    項(xiàng)目是為了實(shí)現(xiàn)特定目標(biāo)而設(shè)立的，因此其有自身獨(dú)特的屬性：1）獨(dú)特性；2）臨時(shí)性；3）目標(biāo)的確定性；4）生命周期特性；5）相互依賴性；6）沖突特性。將項(xiàng)目管理分為5個(gè)階段：?jiǎn)��?dòng)過(guò)程、計(jì)劃過(guò)程、執(zhí)行過(guò)程、控制過(guò)程和結(jié)束過(guò)程。PDM系統(tǒng)是面向中小型制造企業(yè)的，用戶是在這些企業(yè)中從事設(shè)計(jì)和管理的員工。PDM中的項(xiàng)目管理主要完成項(xiàng)目相關(guān)信息的建立和管理（項(xiàng)目管理流程如圖6所示），輔助項(xiàng)目負(fù)責(zé)人分配任務(wù)、配置人員、制定進(jìn)度，并對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行管理和監(jiān)控。

    圖6 項(xiàng)目管理流程

    3.2 工作流程管理

    工作流程模塊實(shí)現(xiàn)流程管理和任務(wù)管理2個(gè)功能。流程管理包括定制流程和更改流程。定制流程是輸入自身相應(yīng)屬性，通過(guò)流程模板進(jìn)行定制，輸入必要的信息后實(shí)例化，存入PDM系統(tǒng)。更改流程是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中的更改，更改必須履行批準(zhǔn)手續(xù)。任務(wù)管理可以查看任務(wù)列表，了解每個(gè)任務(wù)的信息如狀態(tài)、執(zhí)行截至日期等，或接受任務(wù)，并根據(jù)用戶任務(wù)提交狀況，自動(dòng)更改任務(wù)狀態(tài)。工作流程用例圖如圖7所示。

    圖7 工作流程用例圖

    通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)部門(mén)流程分析和專(zhuān)家討論，制定了下列原則，將上述2個(gè)流程分為若干子任務(wù)：1)子任務(wù)的執(zhí)行規(guī)定具體時(shí)間段；2)子任務(wù)按順序執(zhí)行的，前一子任務(wù)執(zhí)行完，后一子任務(wù)才能啟動(dòng)；3)子任務(wù)的分解具有代表性。重新定義和分解，建立典型設(shè)計(jì)審批流程和更改審批流程模板。

    3.3 系統(tǒng)集成

    產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程從業(yè)務(wù)范圍上需要覆蓋項(xiàng)目管理、概念設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)，其中涉及到的應(yīng)用系統(tǒng)眾多，數(shù)據(jù)種類(lèi)復(fù)雜，軟件所采用的體系架構(gòu)各不相同，存在信息交互和軟件功能調(diào)用。系統(tǒng)采用在統(tǒng)一的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)拓展數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上，根據(jù)中小型企業(yè)設(shè)計(jì)部門(mén)的研發(fā)模式和信息技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀，建立信息的統(tǒng)一編碼、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、公共基礎(chǔ)資源數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)交換主要存在于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能仿真和PDM系統(tǒng)之間：1)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)部的數(shù)據(jù)交換主要包括：產(chǎn)品三維模型、零部件的屬性的信息；與PDM的數(shù)據(jù)交換主要是任務(wù)、資料、產(chǎn)品三維模型、產(chǎn)品特征參數(shù)等信息；2)性能分析與PDM系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交換只要包括：任務(wù)、資料、仿真模型、報(bào)告等信息�；�于以上分析，PDM系統(tǒng)與其它應(yīng)用系統(tǒng)之間的集成采用：1)自行研發(fā)的功能模塊采用緊密集成方式，由PDM系統(tǒng)統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)；2)成熟的商用軟件采用封裝集成的方式，PDM系統(tǒng)統(tǒng)一管理文檔和查詢指針。

4 運(yùn)行實(shí)例

    筆者采用C#語(yǔ)言，開(kāi)發(fā)了一套基于Web的面向設(shè)計(jì)部門(mén)的PDM系統(tǒng)。由于PDM系統(tǒng)是一個(gè)多功能集成軟件系統(tǒng)，系統(tǒng)實(shí)施周期較長(zhǎng)。系統(tǒng)在某中型機(jī)械制造企業(yè)進(jìn)行試點(diǎn)運(yùn)行。基于該企業(yè)的現(xiàn)狀，采用快速原型實(shí)施方法和里程碑控制方法，使該企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)人員盡早參加系統(tǒng)的實(shí)施和應(yīng)用。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行實(shí)施過(guò)程控制體系研究，建立由需求控制、實(shí)施進(jìn)度控制、實(shí)施質(zhì)量控制、實(shí)施成本和經(jīng)費(fèi)控制、實(shí)施過(guò)程的文檔控制5方面構(gòu)成的過(guò)程控制體系。采用“里程碑”控制方法，在PDM系統(tǒng)實(shí)施的每個(gè)階段進(jìn)行驗(yàn)收。系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中，進(jìn)行實(shí)例的運(yùn)行，部分界面如圖8～10所示。

    圖8 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)管理實(shí)例圖

    圖9 Toolkit瀏覽圖紙

    圖10 AutoVueX控件的工具箱

5 結(jié)論

    筆者開(kāi)發(fā)的“面向設(shè)計(jì)部門(mén)的PDM系統(tǒng)”已經(jīng)在某中型軍工企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)局域網(wǎng)上安裝和運(yùn)行，4個(gè)設(shè)計(jì)室、9個(gè)課題組應(yīng)用了該系統(tǒng)，系統(tǒng)工作穩(wěn)定，使用方便。PDM系統(tǒng)的實(shí)施，使該企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)從兩維設(shè)計(jì)和兩維繪圖，轉(zhuǎn)變成三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，產(chǎn)品數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)集中管理，改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和管理模式，使產(chǎn)品研發(fā)周期大大縮短，研發(fā)效率和質(zhì)量得到了較大的提高和改善。

核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。

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本文標(biāo)題：面向設(shè)計(jì)部門(mén)的PDM系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用

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